[实用新型]一种氮化镓外延片及半导体器件

说明书

本申请公开一种氮化镓外延片及半导体器件。该氮化镓外延片包括衬底，以及衬底上依次设置的低温AlN缓冲层、高温AlN缓冲层、疏松AlGaN层、铝渐变层、氮化镓过渡层和氮化镓外延层。低温AlN缓冲层和高温AlN缓冲层能够缓冲衬底与氮化镓过渡层之间的晶格失配，疏松AlGaN层能够起到应力缓解的作用，铝渐变层能够提高上方的氮化镓层的晶格匹配，而氮化镓外延通过该氮化镓过渡层能够进一步减少衬底与外延层之间的晶格失配产生的应力，能够防止大尺寸外延片因晶格失配或应力而产生的翘曲，本申请还涉及一种使用氮化镓外延片的半导体器件。

技术领域

本申请属于半导体技术领域，具体的涉及一种氮化镓外延片及半导体器件。

背景技术

氮化镓(GaN)作为第三代宽带隙半导体材料，以其具有很好的物理性能和稳定性等特点在微波器件领域具有很高的应用价值，更有望在航空、高温辐射、雷达、通信、汽车电子等方面发挥重要的作用。而氮化镓单晶衬底制备比较困难，通常使用异质外延的方式形成，该方式下在大尺寸时外延片容易因晶格失配或应力而产生的翘曲，且随着衬底尺寸增加，翘曲问题会更加凸显。因此，需要亟待解决现有技术中因晶格失配而产生的应力及翘曲问题。

实用新型内容

为解决现有外延片容易因晶格失配或应力而产生的翘曲问题，提出一种氮化镓外延片。

为实现上述目的，本申请采用如下的技术方案：

一种氮化镓外延片，包括衬底，所述衬底上依次设置为低温AlN缓冲层、高温AlN缓冲层、疏松AlGaN层、铝渐变层、氮化镓过渡层和氮化镓外延层；所述铝渐变层的厚度为80-150nm。

所述的疏松AlGaN层可由在高温AlN缓冲层上沉积AlInGaN层后将铟全部析出而形成。

优选地形成疏松AlGaN层之后，使用氮气对疏松AlGaN层进行吹扫，去除从AlInGaN层中全部析出的铟。

优选地所述的衬底包括蓝宝石衬底；所述低温AlN缓冲层的厚度为10-15nm；所述高温AlN缓冲层的厚度为40-55nm；所述铝渐变层的厚度为80-150nm；所述氮化镓过渡层的厚度为50-100nm。

优选地所述的镓外延层由第一氮化镓外延层和第二氮化镓外延层组成，镓外延层总厚度为1.5-2微米。

进一步的，本实用新型还包括一种半导体器件，其包括任一项所述的氮化镓外延片。

其中的半导体器件，进一步可选为发光二极管、激光二极管、光电探测器、雪崩光电二极管、高电子迁移率晶体管(HEMT)、金属半导体场效应晶体管 (MESFET)、金属氧化物场效应晶体管(MOSFET)、功率金属绝缘体半导体场效应晶体管(功率MISFET)、双极结晶体管(BJT)、金属绝缘体场效应晶体管(MISFET)、异质结双极晶体管(HBT)、功率绝缘栅双极晶体管(功率IGBT)、功率垂直结场效应晶体管(功率垂直JFET)中的一种。

上述一种氮化镓外延片的制备方法，包括以下步骤：在衬底上依次设置为低温AlN缓冲层、高温AlN缓冲层、AlInGaN层，将AlInGaN层中的铟全部析出从而形成疏松AlGaN层，在疏松AlGaN层上再依次沉积铝渐变层、氮化镓过渡层和氮化镓外延层。

具体的所述制备方法包括以下步骤：

步骤S1：将衬底放入反应腔室中；

步骤S2：向所述反应腔室内通入铝源和氮源，并控制所述反应腔室内的温度为第一温度，在所述衬底上形成低温AlN缓冲层；

步骤S3：提高反应腔室内的温度至第二温度，并继续通入铝源和氮源，在所述低温AlN缓冲层上形成高温AlN缓冲层；所述第二温度大于所述第一温度；